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试述可编程基于碳纳米管三维芯片中布局布线策略

收藏本文 2024-02-25 点赞:35233 浏览:160203 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:随着集成电路的进展,互连线受到芯片规模增大、工艺尺寸下降和工作频率提升等多种因素的影响,出现了性能和可靠性降低的不足,并已成为阻碍集成电路进一步进展的主要障碍。近年来,碳纳米管技术和三维集成技术作为解决这些不足的热门技术得到了工业界和学术界的广泛关注,并有望成为下一代集成电路的主流技术,使摩尔定律得以延续。本论文针对基于碳纳米管的三维芯片中布局布线策略进行探讨,通过仿真来进一步验证基于碳纳米管的互连结构与传统铜互连结构相比的显著优势。此外,由于FPGA芯片有着的可编程、单元成本低等优势,本论文着重探讨了三维FPGA结构,并提出了基于碳纳米管的布线规则,为未来三维FPGA芯片的设计和制造提供了有力的实验依据和策略支持。为了解决由接触电阻引起的碳纳米管短导线的性能弱势,本论文提出了碳纳米管导线与铜导线的分割算法,其特点在于可以综合利用两种导线的优势,尽可能减小互连线上的延时。此外,本论文对三维芯片中碳纳米管通孔的信号传递性能和热传导性能进行了衡量,为设计者提供了更全面的参考信息。针对三维FPGA芯片,本论文提出了基于碳纳米管导线的线长分布规则,遵循这一规则可以有效提升芯片的性能,为设计者提供设计策略依据。通过多种三维FPGA芯片的结构浅析和优化重组,利用本论文提出的优化布线策略,本论文最终提出了一种基于碳纳米管的新型三维FPGA结构。该结构具有小尺寸、高性能和低功耗等特点,可以为未来三维芯片的设计和制造提供一定的结构基础和参考依据。本论文还对碳纳米管作为芯片封装管脚进行了不同频率下的仿真,证实了碳纳米管管脚可以显著降低电源/地线反弹噪声,改善信号的完整性。关键词:碳纳米管论文三维芯片论文现场可编程门阵列论文布局布线论文反弹噪声论文

    摘要3-4

    Abstract4-7

    主要符号对照表7-9

    第1章 引言9-20

    1.1 论文的初衷9-14

    1.1.1 碳纳米管对集成电路进展的作用9-12

    1.1.2 FPGA 芯片与三维集成技术12-14

    1.2 国内外探讨近况14-17

    1.2.1 碳纳米管互连线14-15

    1.2.2 三维芯片的热不足15

    1.2.3 三维 FPGA 芯片的结构设计15-17

    1.3 本论文的贡献17-19

    1.4 本论文的结构安排19-20

    第2章 碳纳米管导线20-31

    2.1 碳纳米管导线的等效电路模型20-26

    2.1.1 碳纳米管导线的电阻模型21-24

    2.1.2 碳纳米管导线的电容模型24-26

    2.1.3 碳纳米管导线的电感模型26

    2.2 碳纳米管导线的参数取值26-27

    2.3 分割算法及分割长度的计算27-30

    2.4 策略验证30-31

    第3章 三维芯片中碳纳米管通孔性能浅析31-38

    3.1 碳纳米管通孔的等效电路模型31-34

    3.2 碳纳米管通孔的延时性能34-35

    3.3 碳纳米管通孔的热性能35-38

    3.3.1 三维芯片的热阻模型35-36

    3.3.2 实验策略和结果36-38

    第4章 基于碳纳米管互连线的三维 FPGA 芯片互连结构38-45

    4.1 三维 FPGA 芯片的器件和互连线延时38-41

    4.2 线长分布实验41-45

    第5章 基于碳纳米管的新型三维 FPGA 结构45-56

    5.1 新型结构的构建45-51

    5.1.1 多元化三维结构45-46

    5.1.2 分层策略46-47

    5.1.3 堆叠方式47-48

    5.1.4 互连线48

    5.1.5 可编程开关结构48-50

    5.1.6 块存储器50-51

    5.2 新型三维 FPGA 面积的衡量51-52

    5.3 新型三维 FPGA 延时衡量52-53

    5.4 新型三维 FPGA 功耗衡量53-54

    5.5 新型三维 FPGA 热性能衡量54-56

    第6章 碳纳米管封装管脚56-61

    6.1 电源/地线反弹噪声56-57

    6.2 用碳纳米管降低反弹噪声57-61

    第7章 结论和展望61-63

    7.1 结论61-62

    7.2 展望62-63

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